[發明專利]一種基于凸輪機構的一體化主被動變剛度關節

有效

• 申請號: 202110178211.4
• 申請日: 2021-02-08
• 公開（公告）號: CN113021404B
• 公開（公告）日: 2022-04-08
• 發明（設計）人: 張小俊;郭俊改;王滿;李滿宏;孫凌宇
• 申請（專利權）人: 河北工業大學
• 主分類號: B25J17/00
• 分類號: B25J17/00;B25J17/02
• 代理公司: 天津盛理知識產權代理有限公司 12209
• 代理人: 王利文

1.一種基于凸輪機構的一體化主被動變剛度關節，其特征在于：包括關節主被動剛度調節模塊、關節動力驅動模塊、關節控制反饋模塊和機架，所述關節主被動剛度調節模塊、關節動力驅動模塊和關節控制反饋模塊采用串聯方式安裝在一起；

所述關節主被動剛度調節模塊包括齒輪、齒條、滾輪架、彈簧、彈簧套桿、彈簧套桿安裝盤、凸輪輸出盤、滑塊和變剛度模塊外殼，所述變剛度模塊外殼連接于諧波減速器柔輪并與其一同轉動，該變剛度模塊外殼與凸輪輸出盤通過殼體上周向布置的螺紋連接，輸出關節整體運動；所述齒輪與齒條相連接構成齒輪齒條機構，該齒輪齒條機構通過鍵連接方式安裝在剛度調節電機輸出軸，該剛度調節電機輸出軸通過與齒條固聯的彈簧擋塊對彈簧壓縮量進行調節，所述彈簧套桿安裝盤中心對稱布置的齒條由固聯于彈簧套桿安裝盤的滾輪架和滾輪軸承支撐沿平行于彈簧壓縮方向滑動；所述彈簧通過彈簧套桿支撐于彈簧套桿安裝盤上，所述彈簧套桿兩端攻有螺紋通過螺母固定于彈簧套桿安裝盤上；所述滑塊通過與凸輪輸出盤上凸輪槽配合對彈簧進行調節；

所述關節動力驅動模塊包括中空力矩電機、諧波減速器和剛度調節電機；所述中空力矩電機通過螺栓與電機保護殼連接，該中空力矩電機定子通過定子固定法蘭固定連接在電機套筒上，該電機套筒通過關節右端蓋固定安裝于機架上，同時電機保護殼與驅動端外殼通過螺栓連接固定安裝在機架上；所述諧波減速器包括諧波減速器波發生器、諧波減速器剛輪和諧波減速器柔輪，該諧波減速器波發生器通過波發生器法蘭固聯在定子固定法蘭上，該諧波減速器剛輪與電機保護殼連接并與電機轉子一同轉動，并通過諧波減速器柔輪輸出運動；所述剛度調節電機嵌套于電機套筒內并通過剛度電機固定支架固定于法蘭上；

所述關節控制模塊包括磁編碼器、編碼器支架、控制板和控制板安裝柱，所述控制板集成于關節動力驅動模塊右端，通過控制板安裝柱安裝于機架上；兩個磁編碼器分別采集關節中空力矩電機旋轉角與凸輪輸出盤輸出角度，磁編碼器的磁環通過編碼器支架安裝于電機保護殼上同電機轉子一同轉動，磁編碼器的讀頭通過編碼器支架安裝于關節右端蓋上采集磁環旋轉角度信息；

所述凸輪輸出盤為平面槽型凸輪，該凸輪為由四段相同的曲線輪廓組成的8字形凸輪。

2.根據權利要求1所述的一種基于凸輪機構的一體化主被動變剛度關節，其特征在于：所述滑塊的一端帶有凸輪滾子，該凸輪滾子嵌套于彈簧套桿上并沿凸輪輸出盤直徑對稱布置，同時與凸輪輸出盤上凸輪槽配合沿凸輪輪廓曲線運動。

3.根據權利要求1所述的一種基于凸輪機構的一體化主被動變剛度關節，其特征在于：所述彈簧套桿上開有定位銷孔，以保證套桿中心與彈簧套桿安裝盤中心保持重合。

4.根據權利要求1所述的一種基于凸輪機構的一體化主被動變剛度關節，其特征在于：所述機架通過螺釘連接于關節右端端蓋上，用于連接機械臂、下一關節或者作為關節連接其他裝置的預留位置直接被替換。